JP2010182923A - Wafer handling robot device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェーハをハンドリングするウェーハハンドリングロボット装置に関する。 The present invention relates to a wafer handling robot apparatus for handling semiconductor wafers.
半導体や液晶表示器の製造工程においては、半導体ウェーハの薄型基板に静電気が帯電することがあり、ウェーハハンドリングロボット装置が半導体ウェーハをロボットハンドでハンドリングすると静電気の放電が起こり、薄型基板上の回路や素子が破壊されたり、電磁波ノイズの発生によりプロセス装置やロボットが誤作動するなどの静電気障害が発生したりするおそれがある。 In the manufacturing process of semiconductors and liquid crystal display devices, static electricity may be charged on the thin substrate of the semiconductor wafer. When the wafer handling robot device handles the semiconductor wafer with the robot hand, electrostatic discharge occurs, There is a risk that the device may be destroyed or an electrostatic failure such as malfunction of a process device or a robot may occur due to generation of electromagnetic noise.
半導体ウェーハをロボットハンドでハンドリングして半導体製造装置や半導体検査装置へ搬送するウェーハ搬送装置では、上記の原因によりロボットの制御装置に障害が発生し、ロボットの誤作動や作動停止が発生することがある。 In a wafer transfer device that handles a semiconductor wafer with a robot hand and transfers it to a semiconductor manufacturing device or semiconductor inspection device, the robot control device may fail due to the above causes, resulting in a malfunction or stoppage of the robot. is there.
これに対し、ロボットハンドがイオン化気体噴出孔を有し、このイオン化気体噴出孔からイオン化気体が噴き出されることによって静電気除去機能を持つ除電技術が、例えば、特許文献1に知られている。
On the other hand, for example,
また、特許文献2には、ロボットハンドに高い抵抗値を持たせることで、ロボットやロボット制御装置を静電気による誤作動や破壊から保護する技術が示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for protecting a robot and a robot control device from malfunction and destruction due to static electricity by giving a robot hand a high resistance value.
特許文献1に示される静電気除去機能付きウェーハハンドリング装置は、イオン化気体を作るイオン化気体発生装置や、作ったイオン化気体をロボットハンドに導いて噴出させる気体通路機構を必要とする。このため、ウェーハハンドリング装置としての構成が複雑で高価になる。
The wafer handling apparatus with a static electricity removing function disclosed in
また、特許文献2に示されるロボットハンドおよびウェーハハンドリング装置では、ロボットハンドが所望の抵抗値を持つように製作する必要がある。このため、ロボットハンドの表面をコーティングして抵抗値を持たせる方法が取られるが、装置の使用中にコーティングがはがれて半導体ウェーハに付着し、半導体ウェーハを汚染するという課題がある。さらに、ロボットハンドの表面抵抗値を所望の値になるように制御して製作すると、コストが高くなる。 In addition, the robot hand and wafer handling apparatus disclosed in Patent Document 2 must be manufactured so that the robot hand has a desired resistance value. For this reason, although the method of coating the surface of the robot hand to give a resistance value is taken, there is a problem that the coating is peeled off during use of the apparatus and adheres to the semiconductor wafer, thereby contaminating the semiconductor wafer. Furthermore, if the robot hand is manufactured by controlling the surface resistance value to a desired value, the cost increases.
本発明は、上記の課題に鑑み、半導体ウェーハに帯電した静電気を除電することができるとともに装置を保護することができ、かつ、構成が簡単で安価なウェーハハンドリングロボット装置およびロボットハンドを提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention provides a wafer handling robot apparatus and a robot hand that can neutralize static electricity charged on a semiconductor wafer, protect the apparatus, and have a simple configuration and are inexpensive. With the goal.
本発明によるウェーハハンドリングロボット装置は、ロボット本体と、前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子と、前記ロボット本体に接続され前記ロボットハンドを制御する制御装置と、前記ロボット本体と前記制御装置とを接地するアース手段とを有する。前記抵抗素子の電気抵抗は、前記制御装置と前記アース手段とを含めた前記ロボット本体の電気抵抗よりも大きいことを特徴とする。 A wafer handling robot apparatus according to the present invention includes a robot body, a robot hand holding unit provided in the robot body and electrically insulated from the robot body, and a semiconductor wafer provided in the robot hand holding unit. A robot hand, a resistance element that electrically connects the robot body and the robot hand, a control device that is connected to the robot body and controls the robot hand, and an earth that grounds the robot body and the control device Means. An electrical resistance of the resistance element is larger than an electrical resistance of the robot body including the control device and the grounding means.
また、本発明による別のウェーハハンドリングロボット装置は、ロボット本体と、前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子とを有する。前記抵抗素子の電気抵抗は、103Ω〜106Ωであることを特徴とする。 Further, another wafer handling robot apparatus according to the present invention includes a robot main body, a robot hand holding unit provided in the robot main body and electrically insulated from the robot main body, and a semiconductor provided in the robot hand holding unit. A robot hand for transferring a wafer; and a resistance element for electrically connecting the robot body and the robot hand. The electric resistance of the resistance element is 10 3 Ω to 10 6 Ω.
本発明によれば、半導体ウェーハの搬送において、ウェーハが帯電していても、ロボットハンドによるハンドリング時にロボット本体を通してアースへ静電気を逃がすことができ、ウェーハの除電と、ロボット本体や制御装置を静電気による誤動作や破壊から保護することができる。また、ウェーハの除電とロボット本体や制御装置の保護には、特別な装置または材料を必要としないので、構成が簡単で安価に製作できる。 According to the present invention, even when a semiconductor wafer is transported, even when the wafer is charged, static electricity can be released to the ground through the robot body during handling by the robot hand. It can protect against malfunction and destruction. In addition, since no special device or material is required for static elimination of the wafer and protection of the robot main body and the control device, the configuration is simple and can be manufactured at low cost.
本発明の実施例について、図を参照して説明する。まず、図1に示すウェーハハンドリングロボット装置の概略図を用いて、本発明の実施例によるウェーハハンドリングロボット装置の概要を説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an outline of a wafer handling robot apparatus according to an embodiment of the present invention will be described using the schematic diagram of the wafer handling robot apparatus shown in FIG.
半導体ウェーハ(以後、ウェーハと称する)16は、樹脂製ケース17に収納されている。この時、ウェーハ16は、高い静電気電圧で帯電している場合がある。
A semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) 16 is accommodated in a
本ウェーハハンドリングロボット装置は、ロボット本体11と、ロボット本体11に設置された伸縮自在の多段アーム12と、多段アーム12の先端に設置されたハンド保持部18と、ハンド保持部18の先端に設置されたロボットハンド1と、多段アーム12とロボットハンド1とを電気的に接続する抵抗素子2とを有する。
The wafer handling robot apparatus includes a robot
ハンド保持部18は、絶縁材料から構成されるか絶縁性を有するようにコーティングされており、多段アーム12とロボットハンド1とは電気的に絶縁されている。
The
ロボットハンド1は、表面抵抗値が低く導電性であり、ハンドリング時に、ウェーハ16に帯電した静電気を逃がしてやることができる。
The
抵抗素子2は、後述するような抵抗値を持つものであれば何でもよく、リード線をネジまたはボルト等にてロボットハンド1および多段アーム12に密着させて固定される。
The resistance element 2 may be anything as long as it has a resistance value as will be described later, and the lead wire is fixed in close contact with the
また、本ウェーハハンドリングロボット装置は、制御装置13を有する。制御装置13は、ウェーハ16の搬送やハンドリングなど、本ウェーハハンドリングロボット装置の動作を制御する。制御装置13は、ロボット本体11内に設けてもよい。
Further, the wafer handling robot apparatus has a
ロボット本体11と制御装置13は、装置ベース14の上に設置され、装置ベース14を介してアース手段であるアース15に接地されている。
The
ウェーハ16のハンドリングは、ロボットハンド1により行なわれる。この際、ウェーハ16がロボットハンド1から落下しないように、ロボットハンド1は、ウェーハ16を吸着するかウェーハ16の周囲を掴んでハンドリングをする。
The
ウェーハ16に帯電している静電気は、ロボットハンド1、抵抗素子2、多段アーム12、ロボット本体11、および制御装置13を通り、装置ベース14を介してアース15へと流れ、除電される(ハンド保持部18は、絶縁されているので通電しない)。
The static electricity charged on the
ウェーハ16と接触するロボットハンド1は、前述したように、表面電気抵抗を低くするため導電体である。一方、抵抗素子2の電気抵抗値を、ロボットハンド1、多段アーム12、ロボット本体11、および制御装置13の電気抵抗値より極めて高くする。具体的には、後述するように、10kΩ〜10MΩが望ましい。これにより、ロボット本体11および制御装置13にかかる静電気の電圧を低くおさえるとともに流れる電流値を小さくして、ロボット本体11および制御装置13を静電気から保護する。ロボット本体11および制御装置13にかかる静電気の電圧は、ロボット本体11と制御装置13に使用される電子部品の耐電圧以下に低くする必要がある。
As described above, the
ロボットハンドには、ウェーハ16の裏面を吸着するタイプと、ウェーハ16の周囲エッジを掴むエッジチャックタイプがある。いずれのタイプも、ウェーハ16と直に接するロボットハンド1の表面電気抵抗を低くし抵抗素子2の電気抵抗値を高めることで、ウェーハ16の静電気に対する保護が可能となる。
The robot hand includes a type that sucks the back surface of the
図2に、本実施例によるウェーハハンドリングロボット装置の、電気抵抗に関する等価回路を示す。この等価回路において、ロボット本体11の電気抵抗Rrとは、ロボット本体11の駆動回路の電気抵抗であり、制御装置13の電気抵抗Rcとは、制御装置13の内部回路の電気抵抗である。この等価回路図では、多段アーム12と装置ベース14とアース手段であるアース15の電気抵抗とを無視している。これらの電気抵抗が無視できない場合は、これらの電気抵抗の値をロボット本体11および制御装置13の電気抵抗値に含めて考えればよい。
FIG. 2 shows an equivalent circuit relating to electrical resistance of the wafer handling robot apparatus according to this embodiment. In this equivalent circuit, the electrical resistance Rr of the
ウェーハ16に帯電した静電気の電圧Vsは、まず、ロボットハンド1の電気抵抗Rhおよび抵抗素子2の電気抵抗Rdに加わる。ロボット本体11と制御装置13に印加される電圧Vは、静電気電圧Vsより、系全体の電気抵抗(ロボットハンド1の電気抵抗Rhと、抵抗素子2の電気抵抗Rdと、ロボット本体11の電気抵抗Rrと、制御装置13の電気抵抗Rcとの合成抵抗)に対する、ロボット本体11の電気抵抗Rrと制御装置13の電気抵抗Rcとの合成抵抗の比だけ小さくなる。つまり、抵抗素子2のもつ極めて高い電気抵抗Rdの値(10kΩ〜10MΩが望ましい)により、ロボット本体11と制御装置13に印加される電圧Vは、静電気電圧Vsより極めて小さくなる。
The electrostatic voltage Vs charged on the
ロボット本体11の電気抵抗Rrと制御装置13の電気抵抗Rcとにかかる電圧Vは、式(1)で求められる。
V=Vs・(Rr・Rc/(Rr+Rc))/(Rh+Rd+Rr・Rc/(Rr+Rc)) ・・・式(1)
ここで、ロボットハンド1の電気抵抗Rhを0.1Ω、ロボット本体11の電気抵抗Rrを0.1Ω、制御装置13の電気抵抗Rcを0.1Ω、抵抗素子2の電気抵抗Rdを100kΩ、静電気電圧Vsを25kV(ウェーハに帯電した静電気電圧の一般的に考えられる上限値)とすると、電圧Vは0.0125Vとなる。この電圧Vは、ロボット本体11、制御装置13に使用される一般的な電子部品の耐電圧より低く、この電子部品を静電気による破壊や誤動作から保護できる。ロボット本体11内に制御装置がある場合も、同様に保護することができる。
The voltage V applied to the electric resistance Rr of the robot
V = Vs · (Rr · Rc / (Rr + Rc)) / (Rh + Rd + Rr · Rc / (Rr + Rc)) (1)
Here, the electric resistance Rh of the
また、静電気により系全体に流れる電流Iは、
I=Vs/(Rh+Rd+Rr・Rc/(Rr+Rc))
で求められ、アース15へと流れて除電される。
In addition, the current I flowing through the entire system due to static electricity is
I = Vs / (Rh + Rd + Rr · Rc / (Rr + Rc))
And flows to the
このように、抵抗素子2の電気抵抗Rdは、ロボット本体11と制御装置13の電気抵抗Rr、Rcに比べて値が格段に高いため、ロボット本体11と制御装置13にかかる電圧を十分に低くすることができる。
As described above, the electric resistance Rd of the resistance element 2 is much higher than the electric resistances Rr and Rc of the robot
このため、ロボット本体11や制御装置13の電子部品は、ウェーハ16に帯電した静電気による破壊や誤動作から保護される。
For this reason, the electronic components of the
次に、抵抗素子2の電気抵抗値を決定する方法について説明する。 Next, a method for determining the electric resistance value of the resistance element 2 will be described.
図3は、本実施例における抵抗素子2の仕様決定表である。この仕様決定表は、抵抗素子2の電気抵抗値を変化させ、それぞれの電気抵抗値に対し、ウェーハ16に帯電した静電気がロボットハンド1に印加された時の、制御部(ロボット本体11と制御装置13内の制御回路)に印加される電圧と、除電されるまでの時間(放電時間)とを表したものである。抵抗素子2の電気抵抗値は、この仕様決定表の印加電圧と放電時間とを基にして定めることができる。
FIG. 3 is a specification determination table of the resistance element 2 in this embodiment. This specification determination table changes the electric resistance value of the resistance element 2, and the control unit (the
図3に示した仕様決定表のうち、制御部への印加電圧は、式(1)から求めることができる。式(1)の右辺の各パラメータは、上述の値を用いた。 In the specification determination table shown in FIG. 3, the voltage applied to the control unit can be obtained from Equation (1). The values described above were used for the parameters on the right side of Equation (1).
放電時間は、図4に示す、ウェーハハンドリングロボット装置とウェーハ16とを簡略化して表した等価回路を用いて算出した。図4の等価回路は、帯電したウェーハ16をモデル化したコンデンサ42と、ロボットハンド1とウェーハ16との接触をモデル化したスイッチ41と、抵抗素子2をモデル化した抵抗44とから構成される。コンデンサ42は、ウェーハ16に帯電した静電気電圧Vsに相当する初期帯電電圧V0を保持している。スイッチ41が閉じられると、このコンデンサ42から電流43が流れる。これにより、ロボットハンド1とウェーハ16とが接触し、ウェーハ16に帯電した静電気電圧Vsの放電を模擬している。
The discharge time was calculated using an equivalent circuit representing the wafer handling robot apparatus and the
図4の等価回路において、コンデンサ42の電圧(ウェーハ16の帯電している電圧)をVc(t)とし、時刻t=0でスイッチを閉じて放電を開始すると(時刻t=0でロボットハンド1がウェーハ16に接触したとすると)、時刻tのときのコンデンサ42の電圧Vc(t)は、式(2)により算出できる。
Vc(t)=V0・exp(−t/R・C) ・・・式(2)
ここで、Rは、抵抗44の電気抵抗値、Cは、コンデンサ42の静電容量(ウェーハ間の静電容量)である。式(2)から、帯電したウェーハ16が放電するのに要する時間を求めることができる。本実施例では、ウェーハ16の帯電電圧Vc(t)がミリボルトのオーダーに達したときに、ウェーハ16が放電したものとしている。
In the equivalent circuit of FIG. 4, when the voltage of the capacitor 42 (the charged voltage of the wafer 16) is Vc (t), the discharge is started by closing the switch at time t = 0 (the
Vc (t) = V0 · exp (−t / R · C) (2)
Here, R is the electric resistance value of the
図3に示した放電時間は、V0をウェーハに帯電した静電気電圧の一般的に考えられる上限値である25kVとし、R(抵抗素子2をモデル化した抵抗44の抵抗値)は、上述した電気抵抗Rdと同じ100kΩ、Cは、60pFとして求めたものである。
The discharge time shown in FIG. 3 is 25 kV, which is a generally considered upper limit value of the electrostatic voltage charged on the wafer, and R (the resistance value of the
図3に示した仕様決定表を見ると、制御部への印加電圧は、抵抗素子2の電気抵抗値が10kΩ以上の場合に1.25V以下(望ましい電圧値領域31で示した範囲)となり、制御部の電子部品であるICなどの耐電圧より低くなって電子部品の破壊や誤動作を起こさない。したがって、本実施例の場合では、抵抗素子2の電気抵抗値は10kΩ以上が望ましい。 When the specification determination table shown in FIG. 3 is viewed, the voltage applied to the control unit is 1.25 V or less (the range indicated by the desirable voltage value region 31) when the electrical resistance value of the resistance element 2 is 10 kΩ or more. The breakdown voltage of the IC, which is an electronic component of the control unit, is lower than the withstand voltage so that the electronic component is not destroyed or malfunctioned. Therefore, in the case of the present embodiment, the electrical resistance value of the resistance element 2 is desirably 10 kΩ or more.
一方、放電時間は、抵抗素子2の電気抵抗値が10MΩ以下の場合に、10−3s以下(望ましい放電時間領域32で示した範囲)となる。放電時間が望ましい放電時間領域32にあると、除電時間が短く、除電効果が高くなる。 On the other hand, when the electric resistance value of the resistance element 2 is 10 MΩ or less, the discharge time is 10 −3 s or less (a range indicated by a desirable discharge time region 32). When the discharge time is in the desired discharge time region 32, the charge removal time is short and the charge removal effect is enhanced.
したがって、望ましい電圧値領域31と望ましい放電時間領域32とがクロスした範囲(望ましい抵抗値領域33)にある抵抗値が、抵抗素子2の電気抵抗Rdの最適値である。本実施例では、抵抗素子2の電気抵抗Rdの最適値は、10kΩ以上かつ10MΩ以下と求めることができる。
Therefore, the resistance value in the range (desired resistance value region 33) where the desired
1…ロボットハンド、2…抵抗素子、11…ロボット本体、12…多段アーム、13…制御装置、14…装置ベース、15…アース、16…ウェーハ、17…樹脂製ケース、18…ハンド保持部、31…望ましい電圧値領域、32…望ましい放電時間領域、33…望ましい抵抗値領域、41…スイッチ、42…帯電したウェーハをモデル化したコンデンサ、43…放電時にコンデンサから流れる電流、44…抵抗素子をモデル化した抵抗、Vs…ウェーハに帯電した静電気の電圧、V…ロボット本体と制御装置に加わる電圧、Rh…ロボットハンドの電気抵抗、Rd…抵抗素子の電気抵抗、Rr…ロボット本体の駆動回路の電気抵抗、Rc…制御装置の内部回路の電気抵抗、I…系全体に流れる電流、V0…初期帯電電圧、t…時刻、Vc(t)…時刻tにおけるコンデンサの電圧、R…抵抗素子をモデル化した抵抗の電気抵抗値、C…コンデンサの静電容量。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、
前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、
前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子と、
前記ロボット本体に接続され前記ロボットハンドを制御する制御装置と、
前記ロボット本体と前記制御装置とを接地するアース手段とを有し、
前記抵抗素子の電気抵抗は、前記制御装置と前記アース手段とを含めた前記ロボット本体の電気抵抗よりも大きいことを特徴とするウェーハハンドリングロボット装置。 The robot body,
A robot hand holding unit provided in the robot body and electrically insulated from the robot body;
A robot hand that is provided in the robot hand holding unit and carries a semiconductor wafer;
A resistance element for electrically connecting the robot body and the robot hand;
A control device connected to the robot body for controlling the robot hand;
A grounding means for grounding the robot body and the control device;
The wafer handling robot apparatus, wherein an electric resistance of the resistance element is larger than an electric resistance of the robot body including the control device and the grounding means.
前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、
前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、
前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子とを有し、
前記抵抗素子の電気抵抗は、103Ω〜106Ωであることを特徴とするウェーハハンドリングロボット装置。 The robot body,
A robot hand holding unit provided in the robot body and electrically insulated from the robot body;
A robot hand that is provided in the robot hand holding unit and carries a semiconductor wafer;
A resistance element for electrically connecting the robot body and the robot hand;
An electric resistance of the resistance element is 10 3 Ω to 10 6 Ω.
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